过程控制与仪表宋亚男

1、精选课件第五讲：执行器Process Control System精选课件重点内容n执行器=执行机构+调节器n执行机构：根据控制器信号产生推力和位移的装置n调节器：根据执行机构信号去改变能量或物料输送量的装置n气动薄膜执行器n执行器分类：n按照能源划分：气动、电动、液动n气动执行器：薄膜式、活塞式n电动执行器：单相电机n液动执行器：最大特点推力大气动执行器电动执行器液动执行器构造简单复杂简单体积中小大配管配线较复杂简单复杂推力中小大动作滞后大小小维护检修简单复杂简单使用场合适于防火防爆不适于防火防爆要注意火花价格低高高表5-1 执行器主要特性比较精选课件一、气动薄膜调节阀n1、组成：n执行器（

2、膜头）产生推力n调节机构（阀体）控制介质流量n2、结构：n3、原理：nP膜片产生推力弹簧力位移阀芯动作n正作用：P信号增加，推杆向下移动n负作用：P信号增加，推杆向上移动n静态特性nP*A = K*L （P-压力，A-膜片面积，K-系数，L-杆位移）n动态特性n表示动态平衡时调节输出信号，P与L成正比精选课件一、气动薄膜调节阀n4、分类：n阀座分类：直通单座阀、直通双座阀、三通阀n形状分类：角形、碟阀、球阀n5、选用：n尺寸：n流通能力C：阀全开，P=0.2MPA，流体重度为1g/cm时，每小时通过阀门的流体流量大小。n根据C的大小，选择工称直径Dg和阀座直径dgn单双座：n单座：小口径（ D

3、g 25mm）精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n气开气关：n执行机构有正，反作用形式n调节阀有正装和反装形式n注意：气开、气关形式的选择，主要从生产工艺的安全来考虑。当气源一旦中断时，阀门处于全开或全关状态，应能保证生产过程的设备和人身安全。 序号执行机构阀体气动调节阀a正bc（反）气开d反（正）气关（反）气开（正）气关正反正反正反表5-3 执行器组合方式精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n定义：调节阀的流量特性，是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系 n调节阀的流量特性会直接影响到自动控制系统的控制质量和系统的稳定性，必须合理选择。 n类型：n直线流量特

4、性n对数流量特性n快开流量特性n抛物线流量特性 n流量特性：理想流量特性、工作流量特性、流量特性选择精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n理想流量特性（P=CONST）n在调节阀前后压差不变n条件下得到的流量特性n理想特性取决于阀芯形状 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n理想流量特性n直线流量特性n直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起流量变化是常数 n特点：无论工作在曲线的那一点，只要相对位移变化量相同，相对流量变化量也总是相同的 n系统影响：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量变化太大，控制作用太强，容易引起超调，

5、使系统产生激烈振荡；而在大开度工作时，其相对流量变化大小，控制作用太弱，造成控制不及时，系统反应迟钝，过渡过程时间长。 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n理想流量特性n对数流量特性n 定义：对数流量特性指单位相对位移所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系。即调节阀的放大系数Kv是变化的，随着对数流量的增加， K增大。用数学表达式为n特点：当相对开度变化相同时，其流量变化的增量与该点流量之比的百分数，即相对流量总是相等的。n系统影响：利用对数流量特性调节阀，在小开度时， Kv放大系数较小，控制作用缓和平稳，而在大开度时，Kv较大，控制作用及时有效。因此，对数流量特性调节

6、阀是最常用的。 VKQQKLldQQdmaxmax CLlkQQmaxln )1(maxLlRQQ精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n理想流量特性n快开流量特性n 定义：这种流量特性调节阀，在小开度时，流量已很大，随着开度增大，流量很快达到最大值（全开流量），故称为快开流量特性 n特点：快开特性的阀芯形状是采用平板形的，见图5-9 a)，其有效行程一般在以内D/4（D为阀座直径）。当位移开始增大时，阀的流通面积就不再增大，失去调节作用。所以快开特性调节阀主要用于位式控制或程序控制中。 2max)1)(11 (1LlRQQ 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n理想

7、流量特性n抛物线流量特性n 定义：抛物线流量特性是指调节阀的放大系数K与该点的相对流量值的平方根成正比。n n特点：介于直线特性与对数特性之间。通常，抛物线流量特性调节阀可用对数流量特性代替，工程上很少用。 21maxmax)(QQKLldQQd 2max) 1(11LlRRQQ精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n工作流量特性n调节阀可调范围：定义是指调节阀所能控制的最大流量Qmax与最小流量Mmin 之值，以R表示直线流量特性。n注意：Mmin是调节阀可调流量的下限值， 并不等于调节阀全关时的泄漏量。通常， Mmin最小可调流量为最大流量的(24)%；而泄漏量仅为最大流量的(

8、0.10.01)%。 n 理想可调范围 在调节阀前后差压恒定条件下，调节阀的可调范围称为理想可调范围。 minmaxQQR PAQ2 PCQ精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n工作流量特性n调节阀可调范围：n 理想可调范围n调节阀的理想可调范围是其最大流通能力与最小流通能力之比值。它反映小调节阀调节能力的大小，希望可调范围大者为好，一般R=3050，我国生产的调节阀可调范围统一设计为R=30。 minmaxminmaxminmaxCCPCPCQQR精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n调节阀可调范围：n工作可调范围：调节阀在实际工作时，由于管道的阻力变化，阀前后压差也随之变化

9、条件下的调节范围，称为工作可调范围（或实际可调范围），可分为串联管道和并联管道 nA.串联管道：当调节阀与工艺管道串联时 ，。若系统的总压差P=0不变，分配到调节阀的压差Pv相应减小,引起调节阀所能通过的最大流量减少，故调节减的实际可调范围降低。n若Rs为实际可调范围 maxminmaxminminmaxminmaxppRpCpCQQRVVs 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n调节阀可调范围：n工作可调范围：nA.串联管道：n设s为阀全开时阀前后Pvmin压差与系统总压差Pv之比，即nS= Pvmin/ Pvn由于调节阀接近全关时的流量为Qmin ，其前后压差 nPv Pvman则ns值

10、愈小，调节阀实际可调范围愈小，因此在实际使用时，应考虑调节阀前后压差值，使值s不致过低，以保证一定的可调范围。 sRRs 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n调节阀可调范围：nB.并联管道：由于调节阀的流通能力选择不合适，或者工艺生产负荷变化较大（如增加产量），有时不得不把旁路阀打开，形成并联管道 。Q总管流量分成两路：一路为调节阀控制流量Q1，而另一路为旁路Q2。由于旁路流量的存在，相当于提高Qmin，致使调节阀实际可调范围下降。 n设Rs为并联管道的实际可调范围 2min1maxQQQRs 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n调节阀可调范围：nB.并联管道： n若s令为调节阀全开时

11、的Q1max流量与总管最大流量Qmax之比值n即：s=Q1max/Qmaxn由于：Qmax=Q1max+Q2, R=Q1max/Q1minn则：n所以： RsQQmaxmin1) 1 (max2sQQ 111) 1 (1) 1 (maxmaxmaxsRRsRssQRsQQRs 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n调节阀可调范围：nB.并联管道： n注意：n由于调节阀的最小流量Q1min远远小于旁路流量Q2，因此实际可调范围Rs近似为总管的最大流量Qmax与旁路流量Q2的比值。n随着的s减少，实际可调范围Rs迅速降低，比串联管道时的情况更为严重。n在生产实际中使用时，应尽量避免把调节阀的旁路

12、阀打开。 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n流量特性：n工作流量特性n工作流量特性：工作流量特性是指调节阀前后压差变化时调节阀的相对流量与相对位移之间的关系。n串联管道时的工作流量特性nP= Pv + Pgn在相同(l/L)时，流过调节阀的实际流量较理想流量特性流过的流量小，因此工作流量特性较理想流量特性发生了变化。 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n工作流量特性：n串联管道时的工作流量特性n若直线流量特性n当S=1时Pg=0nP=Pv理想n当S1时Pg0nS越小，Rs越小,n可调能力降低，直线变快开n对数特性趋向于直线特性 n在实际使用中，一般希望值S不应低于0.30.5。 精选课件一、气动薄膜调节阀n5、选用：n工作流量特性：n并联管道时的工作流量特性nQ= Q1 + Q2 P=constn若S=1，Rs=R ，Q2=0，n理想状况n若S(100150)mm以上的调节阀，增大执行机构的输出力。n(5) 用于控制高温或低温介质（由于阀杆与填料之间摩擦力大）的调节阀。n(6) 用于流体中含有固态悬浮物或粘度较高的介质场合，以克服介质对阀杆位移时产生的较大阻力。n(7) 用于调节阀与调节器距离较远（一般大于60m，尤其是气动调节器